KR102050012B1 - Transistor and Method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시는 트랜지스터 및 트랜지스터 제조방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 선택적 재성장 기술을 응용한 트랜지스터 및 트랜지스터 제조방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a transistor and a method for manufacturing the transistor, and more particularly, to a transistor and a method for manufacturing the transistor using the selective regrowth technology.
일반적으로, 고 전자이동도 트랜지스터(High Electron Mobility Transistor, HMET)는 우수한 전자 이동도 특성 및 우수한 주파수 특성으로 인하여, 국방, 통신 등의 국가 주요 기반사업에서 핵심적인 역할을 하는 전자부품이다. 소자의 전기적 특성 및 주파수 특성을 향상 시키기 위해서는 기생 저항성분 및 커패시턴스 성분의 최적화가 필수적으로 요구 된다.In general, high electron mobility transistors (HMETs) are electronic components that play a key role in major national infrastructure projects such as defense and telecommunications because of their excellent electron mobility characteristics and excellent frequency characteristics. In order to improve the electrical and frequency characteristics of the device, optimization of parasitic resistance components and capacitance components is essential.
구체적으로, 고 전자이동도 트랜지스터(HMET)소자가 고전력에서 동작하기 위해서는 드레인저항을 높여 파괴전압(Breakdown Voltage, BVDG)을 상승시킬 필요가 있으며 소스저항을 낮춰 트랜지스터의 전류밀도와 트랜스컨덕턴스를 개선하는 것이 바람직하다. Specifically, in order to operate a high electron mobility transistor (HMET) device at high power, it is necessary to increase the breakdown voltage (BVDG) by increasing the drain resistance and lowering the source resistance to improve the current density and transconductance of the transistor. It is preferable.
다만, 고 전자이동도 트랜지스터(HMET)소자의 제조방법에서 종래의 게이트 리세스 공정은 캡층을 선택적으로 식각하기 어려운 문제점이 있고, 식각이 되는 정도(Etch Rate)를 정확하게 제어하기 곤란하여 각 기생 성분들을 최적화 하기 어려운 문제점이 있다.However, in the method of manufacturing a high electron mobility transistor (HMET) device, the conventional gate recess process has a problem that it is difficult to selectively etch the cap layer, and each parasitic component is difficult to accurately control the etching rate. There is a problem that is difficult to optimize them.
또한, 종래의 공정은 식각이 대칭적으로 이루어 지기 때문에 게이트는 소스 영역 및 드레인 영역과 대칭적 구조를 가지며, 대칭적 구조를 가지는 트랜지스터는 소스와 게이트 간의 거리를 최소화함으로써 소스와 게이트 간의 저항을 낮추는 경우 드레인저항도 같이 낮아지며, 드레인저항을 높이는 경우 소스저항도 높아지는 문제점이 존재한다.In addition, in the conventional process, since the etching is symmetrically, the gate has a symmetrical structure with the source region and the drain region, and the transistor having the symmetrical structure lowers the resistance between the source and the gate by minimizing the distance between the source and the gate. In this case, the drain resistance is also lowered, and when the drain resistance is increased, the source resistance is also increased.
도 1은 종래의 트랜지스터 제조시 사용되는 리세스 공정을 설명하는 도면이다.1 is a view for explaining a recess process used in manufacturing a conventional transistor.
도 1을 참조하면, 트랜지스터는 반도체 기판(10)상에 식각정지층(20), 캡층(30)으로 이루어진 에피택셜층 상부에 레지스트층(40)을 포함한다. 레지스트층(40)에 노광공정을 거쳐 레지스트 패턴이 형성되면, 캡층(30)은 형성된 패턴을 기초로 식각된다. 식각 공정은 게이트 증착을 위한 공간을 확보하기 위하여 수행된다. 게이트 전극 형성 공정은 캡층(30)의 빈 공간이 형성된 영역에 금속물질을 증착하고 레지스트(40) 패턴을 모두 제거하여 게이트 전극을 형성하는 방식으로 수행될 수 있다.Referring to FIG. 1, a transistor includes a
도 1의 종래 게이트 전극 형성 방법은 캡층(30)의 식각정도(Etch Rate)를 정확하게 제어하기 힘들기 때문에 문제점이 존재한다. 구체적으로 캡층(30)의 빈 공간의 식각정도(rate)는, 기설정된 영역만큼 적절히 식각된 경우(31a, 31b), 식각이 더 수행된 경우(32a, 32b), 및 식각이 덜 수행된 경우(33)로 나눌 수 있다.The conventional gate electrode formation method of FIG. 1 has a problem because it is difficult to accurately control the etching rate of the
식각이 더 수행된 경우(32a, 32b)에는 적절히 식각된 경우(31a, 31b)보다 게이트와 소스 간의 거리가 증가하게 되어 소스저항이 증가하고, 트랜지스터의 전류밀도나 트랜스컨덕턴스 등이 감소하게 되므로 트랜지스터의 성능이 떨어진다.In the case where etching is further performed (32a, 32b), the distance between the gate and the source is increased than the case of proper etching (31a, 31b), so that the source resistance is increased, and the transistor's current density, transconductance, etc. is decreased. Performance drops.
반대로 식각이 덜 수행된 경우(33)에는 드레인과 게이트 간의 거리가 감소하여 파괴전압(Breakdown Voltage, BVDG)이 낮아져 열화 현상이 발생하고, 게이트 저항이 증가하여 트랜지스터의 성능이 감소되는 문제점이 존재한다. On the contrary, when less etching is performed (33), the distance between the drain and the gate decreases, thereby lowering the breakdown voltage (BVDG), thereby causing degradation, and increasing the gate resistance, thereby reducing the performance of the transistor. .
한편, 트랜지스터의 성능 향상을 위해 소스저항을 줄이고 드레인저항을 크게 할 수 있는 비대칭적 게이트 구조의 필요성이 존재하는데, 기존의 트랜지스터 제조공정은 비대칭적 구조를 가지는 게이트를 형성하기 위한 추가공정이 필요하기 때문에 공정시간의 증가 및 제조비용의 증가 등의 문제점이 있다.On the other hand, there is a need for an asymmetric gate structure that can reduce the source resistance and increase the drain resistance in order to improve the performance of the transistor. Existing transistor manufacturing processes require an additional process for forming a gate having an asymmetric structure. Therefore, there are problems such as an increase in process time and an increase in manufacturing cost.
따라서, 식각을 정확히 제어하고 보다 간소화된 공정으로 트랜지스터를 제조하는 방법이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for a method of precisely controlling etching and manufacturing a transistor in a more simplified process.
본 개시는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 개시의 목적은 재성장 물질을 활용하여 선택적 식각과정을 수행하는 트랜지스터 제조방법 및 상술한 제조방법으로 제조된 트랜지스터를 제공하는 것이다.The present disclosure is to solve the above problems, an object of the present disclosure to provide a transistor manufacturing method for performing a selective etching process using a regrowth material and a transistor manufactured by the above-described manufacturing method.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시 예에 따른 트랜지스터의 제조방법은, 기판 상에 버퍼층, 채널층, 배리어층, 식각정지층, 캡층을 포함하는 에피택셜층 및 유전체층을 형성하는 단계, 상기 유전체층 상에 제1 레지스트(resist)층을 형성하고, 상기 제1 레지스트(resist)층에 제1 레지스트(resist) 패턴을 형성하는 단계, 상기 제1 레지스트(resist) 패턴에 기초하여 상기 유전체층을 식각하고, 상기 제1 레지스트(resist) 패턴을 박리(resist strip)하는 단계, 식각된 상기 유전체층에 기초하여 상기 캡층을 식각함으로써 재성장 영역을 형성하고 상기 형성된 재성장 영역에 재성장 물질을 성장시키는 단계, 상기 재성장 물질이 존재하는 상기 캡층 상에 제2 레지스트(resist)층을 형성하고 제2 레지스트(resist) 패턴을 형성하는 단계, 상기 형성된 제2 레지스트(resist) 패턴에 기초하여 상기 캡층의 일 영역을 식각하는 단계, 및 상기 식각으로 형성된 영역에 게이트를 증착하는 단계를 포함한다. Method of manufacturing a transistor according to an embodiment of the present disclosure for achieving the above object, the step of forming an epitaxial layer and a dielectric layer including a buffer layer, a channel layer, a barrier layer, an etch stop layer, a cap layer on a substrate Forming a first resist layer on the dielectric layer, and forming a first resist pattern on the first resist layer, based on the first resist pattern Etching the first resist pattern, forming a regrowth region by etching the cap layer based on the etched dielectric layer, and growing a regrowth material in the formed regrowth region; Forming a second resist layer and forming a second resist pattern on the cap layer in which the regrowth material is present, and forming the second resist (Resist) based on the pattern by a step, and depositing a gate on the region formed by the etching for etching one region of the cap layer.
여기서, 상기 캡층의 일 영역을 식각하는 단계는 식각정지 장벽의 역할을 수행하는 상기 재성장 물질 및 상기 식각정지층에 기초하여 상기 재성장 물질 및 상기 식각정지층으로 둘러싸인 영역을 식각하는 단계 일 수 있다.The etching of the region of the cap layer may include etching the region surrounded by the regrowth material and the etch stop layer based on the regrowth material and the etch stop layer that serve as an etch stop barrier.
또한, 상기 재성장 영역을 형성하는 단계는 제1 영역과 제2 영역이 이격되어 형성되고, 상기 재성장 물질을 형성하는 단계는 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 상기 재성장 물질을 성장시키는 단계 일 수 있다.In addition, the step of forming the regrowth region may be formed by spaced apart from the first region and the second region, the step of forming the regrowth material may be the step of growing the regrowth material in the first region and the second region. have.
또한, 상기 게이트를 증착하는 단계는 제1 간격과 제2 간격을 비대칭으로 형성하며, 상기 제1 간격은 상기 재성장 물질이 성장된 제1 영역과 상기 형성된 게이트 간의 간격이고, 상기 제2 간격은 상기 재성장 물질이 성장된 제2 영역과 상기 형성된 게이트 간의 간격일 수 있다. In addition, the depositing of the gate may be performed by asymmetrically forming a first gap and a second gap, wherein the first gap is a gap between the first region where the regrowth material is grown and the gate formed, and the second gap is the It may be a gap between the second region where the regrowth material is grown and the formed gate.
또한, 트랜지스터 제조방법은 상기 제1 영역과 인접한 영역에 소스 전극을 형성하는 단계와 상기 제2 영역과 인접한 영역에 드레인 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 게이트를 증착하는 단계는 상기 제1 간격이 상기 제2 간격보다 좁게 형성되는 단계 일 수 있다.The transistor manufacturing method may further include forming a source electrode in a region adjacent to the first region and forming a drain electrode in a region adjacent to the second region, and depositing the gate may include: The first interval may be smaller than the second interval.
여기서, 상기 게이트는 T 형상으로 형성 될 수 있다.The gate may be formed in a T shape.
또한, 상기 재성장 물질 및 상기 식각정지층은 P 성분을 포함하고, 상기 캡층은 As 성분을 포함할 수 있다. 구체적으로, 식각정지층은 InP 성분을 포함하는 물질 중 캡층이 식각되는 동안 식각이 되지 않은 물질로 구현될 수 있다. 그리고, 캡층은 As 성분을 포함하는 물질 중 GaAs계 물질로 구현될 수 있다.In addition, the regrowth material and the etch stop layer may include a P component, and the cap layer may include an As component. Specifically, the etch stop layer may be formed of a material that is not etched while the cap layer is etched among the material including the InP component. The cap layer may be formed of a GaAs-based material among materials including an As component.
상술한 본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 트랜지스터 제조방법은 재성장 물질의 식각선택비(Etch Selectivity)를 활용하여 식각과정을 제어함으로써, 게이트가 증착될 영역의 크기에 대한 안정성을 확보할 수 있다. 그리고, 트랜지스터 제조방법은 신뢰성과 재현성이 높은 트랜지스터를 제작할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the transistor manufacturing method may control the etching process by using an etching selectivity of the regrowth material, thereby securing stability of the size of the region where the gate is to be deposited. In the transistor manufacturing method, a transistor having high reliability and high reproducibility can be manufactured.
또한, 트랜지스터 제조방법은 비대칭적 구조를 통하여 기생성분을 최적화한 고성능, 고효율의 트랜지스터를 제작할 수 있다.In addition, the transistor manufacturing method can produce a high performance, high efficiency transistor with optimized parasitic components through an asymmetric structure.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 종래에 트랜지스터 제조시 사용되는 리세스 공정 단면도이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 개시에 의한 트랜지스터 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 트랜지스터를 설명하는 도면이다.
도 4은 본 개시의 일 실시 예에 따른 트랜지스터 제조방법의 흐름도이다.1 is a cross-sectional view of a recess process conventionally used in manufacturing a transistor.
2A to 2G are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a transistor according to the present disclosure.
3A and 3B illustrate a transistor according to another embodiment of the present disclosure.
4 is a flowchart illustrating a transistor manufacturing method according to an embodiment of the present disclosure.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 개시에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Terms used herein will be briefly described, and the present disclosure will be described in detail.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various components, but these components are not limited by the terms described above. The terms described above are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In this specification, the terms "comprises" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
본 발명의 설명에 있어서 각 단계의 순서는 선행 단계가 논리적 및 시간적으로 반드시 후행 단계에 앞서서 수행되어야 하는 경우가 아니라면 각 단계의 순서는 비제한적으로 이해되어야 한다. 즉, 위와 같은 예외적인 경우를 제외하고는 후행 단계로 설명된 과정이 선행단계로 설명된 과정보다 앞서서 수행되더라도 발명의 본질에는 영향이 없으며 권리범위 역시 단계의 순서에 관계없이 정의되어야 한다. In the description of the present invention, the order of each step is to be understood without limitation unless the preceding step is to be performed logically and temporally prior to the later step. That is, except for the exceptional case described above, even if the process described as the following step is performed in advance of the process described as the preceding step, the nature of the invention is not affected and the scope of rights should be defined regardless of the order of the steps.
본 명세서에서는 본 발명의 설명에 필요한 필수적인 구성요소만을 설명하며, 본 발명의 본질과 관계가 없는 구성요소는 언급하지 아니한다. 그리고 언급되는 구성요소만을 포함하는 배타적인 의미로 해석되어서는 아니되며 다른 구성요소도 포함할 수 있는 비배타적인 의미로 해석되어야 한다.In this specification, only essential components necessary for the description of the present invention are described, and components not related to the nature of the present invention are not mentioned. It should not be construed in an exclusive sense that includes only the constituent elements but in a non-exclusive sense, which may also include other components.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.In addition, although the preferred embodiment of the present invention has been shown and described above, the present invention is not limited to the above-described specific embodiment, the technical field to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims. Of course, various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시 예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서, 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, various embodiments will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Embodiments described herein may be variously modified. Specific embodiments are depicted in the drawings and may be described in detail in the detailed description. However, the specific embodiments disclosed in the accompanying drawings are only for easily understanding the various embodiments. Therefore, the technical spirit is not limited by the specific embodiments disclosed in the accompanying drawings, and it should be understood to include all equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the invention.
이하에서 사용하는 "증착", "성장" 등의 용어는 반도체 물질 층을 형성한다는 의미와 같은 의미로 쓰이는 것이고, 본 발명의 다양한 실시 예들을 통해 형성되는 층 혹은 박막은 유기금속화학증착(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)법 또는 분자선 성장(Molecular Beam Epitaxy, MBE)법을 이용하여 성장용 챔버(chamber) 내에서 성장될 수 있으며, 이 밖에도 PECVD, APCVD, LPCVD, UHCVD, PVD, 전자빔 방식, 저항 가열방식 등 다양한 방식에 의해 증착되어 형성될 수 있다. 유기금속화학증착(MOCVD) 방식을 이용할 경우, MOCVD 반응 챔버의 용적에 따라, 그 안에 주입되는 기체의 유속을 결정할 수 있으며, 기체의 종류, 유속 반응 챔버 내부의 압력, 온도 조건 등에 따라 성장되는 박막의 두께, 표면 거칠기, 도펀트의 도핑된 농도 등의 특성이 달라질 수 있다. 특히, 고온일수록 박막의 우수한 결정성을 얻을 수 있는데, 이는 반응 기체의 물성, 반응이 일어나는 온도 등을 고려하여 제한적으로 결정 되어야 할 사항이다. 특히, 정밀한 성장을 위해선 ALD(Atomic Layer Deposition) 방식을 이용할 수 있다. ALD 방식에 의하면 박막 성장이 원자 단위로 제어될 수 있다. As used herein, the terms "deposition" and "growth" are used in the same sense as forming a semiconductor material layer, and the layer or thin film formed through various embodiments of the present invention is organic metal chemical vapor deposition (Metal- Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) method or Molecular Beam Epitaxy (MBE) method can be grown in the growth chamber (chamber), PECVD, APCVD, LPCVD, UHCVD, PVD, electron beam method, It may be deposited and formed by various methods such as resistance heating. In the case of using the organometallic chemical vapor deposition (MOCVD) method, the flow rate of the gas injected therein can be determined according to the volume of the MOCVD reaction chamber, and the thin film is grown according to the type of gas, the pressure inside the reaction chamber, and the temperature conditions. The thickness, surface roughness, doped concentration of the dopant and the like may vary. In particular, the higher the temperature, the better the crystallinity of the thin film can be obtained, which should be limited in consideration of the physical properties of the reaction gas, the temperature at which the reaction occurs. In particular, ALD (Atomic Layer Deposition) method can be used for precise growth. According to the ALD method, the thin film growth can be controlled on an atomic basis.
도 2a 내지 도 2g는 본 개시에 의한 트랜지스터 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도이다.2A to 2G are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a transistor according to the present disclosure.
도 2a를 참조하면, 트랜지스터 제조방법의 일 실시 예에 따라 기판(210)이 마련된다. 기판(210) 상면에 버퍼층(221), 채널층(222), 배리어층(223), 식각정지층(224), 및 캡층(225)을 포함하는 에피택셜층(220)이 형성될 수 있고, 에피택셜층(220) 상면에 유전체층(230)이 형성될 수 있다. 유전체층(230) 상면에 제1 레지스트(resist)층(240)이 코팅(또는 도포)된 후, 노광공정(lithography)을 통해 제1 레지스트(resist) 패턴이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 2A, a
예를 들어, 제1 레지스트(resist)는 포토 레지스트(photo resist) 또는 전자빔 레지스트(E-beam resist) 일 수 있다. 여기서, 레지스트(resist) 패턴 형성을 위한 노광공정(lithography)은 자외선(UV), 깊은 자외선(Deep UV), 극 자외선(Extreme UV), 전자빔(E-beam)을 이용한 노광공정(lithography) 일 수 있다. 기판(210)은 고전자이동도 트랜지스터(HEMT)를 제조하기 위하여 GaAs계 또는 InP계 물질일 수 있고, 반도체 물질의 단일 기판을 포함할 수 있다. For example, the first resist may be a photo resist or an E-beam resist. Here, the lithography for forming a resist pattern may be an ultraviolet (UV), deep UV, extreme UV, or lithography using an electron beam. have. The
도 2b 및 도 2c를 참조하면, 재성장 영역이 형성되는 공정이 도시되어 있다. 형성된 제1 레지스트(resist) 패턴을 기초로 유전체층(230)이 식각 되고, 제1 레지스트(resist) 패턴은 박리(resist strip)될 수 있다. 여기서, 유전체층(230)의 식각은 건식식각 또는 물리 화학적 반응식각 일 수 있고, 일례로 SiO2 RIE(Reactive Ion Etching)일 수 있다. 그리고, 식각된 유전체층(230)은 캡층(225)의 식각공정에서 하드 마스크 역할을 수행할 수 있다. 식각된 유전체층(230)을 기초로 캡층(225)이 식각되어 재성장 영역(3a, 3b)이 형성될 수 있다. 여기서 재성장 영역(3a, 3b)은 이격되어 형성될 수 있다. 여기서, 식각정지층(224)은 InP 성분을 포함하는 물질 중 캡층(225)이 식각되는 동안 식각이 되지 않은 물질로 구현될 수 있다. 그리고, 캡층(225)은 As 성분을 포함하는 물질 중 GaAs계 물질로 구현될 수 있다.2B and 2C, a process of forming a regrowth region is shown. The
도 2d 및 도 2e를 참조하면, 재성장 물질의 재성장 공정이 도시되어 있다. 재성장 물질의 재성장 공정에서 재성장 영역(3a, 3b)은 하드 마스크 역할을 수행할 수 있다. 유전체층(230)을 기초로 캡층(225)이 식각되어 형성된 재성장 영역(3a, 3b)에 재성장 물질이 성장 될 수 있다. 예를 들어, 재성장 물질은 InP이 포함된 물질일 수 있고, 유기금속화학증착법(MOCVD)을 이용하여 선택적으로 성장 될 수 있다. 재성장 영역(3a, 3b)이 이격되어 형성되므로 재성장 물질도 제1 영역(3a)과 제2 영역(3b)에 이격되어 형성될 수 있다. 식각공정 이후 에피택셜층(220) 상에 잔존하는 물질(etchant)과 유전체층이 세정공정(cleaning)을 통해 제거 될 수 있다. 예를 들어, 잔존하는 물질(etchant)은 SiO2 일 수 있고, 세정공정(cleaning)에는 BOE용액이 사용될 수 있다. 2D and 2E, a regrowth process of a regrowth material is shown. In the regrowth process of the regrowth material, the
도 2f를 참조하면, 남은 캡층(225)과 재성장 물질이 존재하는 재성장 영역(3a, 3b) 상부에 제2 레지스트(resist)층(250), PMGI층(260) 및 제3 레지스트(resist)층(270)이 코팅(또는 도포)될 수 있다. 예를 들어, 제2 및 제3 레지스트(resist)층(250, 270)은 포토 레지스트(photo resist) 또는 전자빔 레지스트(E-beam resist) 일 수 있다.Referring to FIG. 2F, the second resist
도 2f에 도시된 바와 같이, 제3 레지스트(resist)층(270)에 제3 레지스트(resist) 패턴을 형성하는 노광공정(lithography)이 수행된 후, PMGI층(260)을 식각하는 습식식각 공정이 수행될 수 있다. 그리고, PMGI층(260)의 식각을 통하여 노출된 제2 레지스트(resist)층(250)에 제2 레지스트(resist) 패턴을 형성하는 노광공정(lithography)이 수행될 수 있다. 예를들어, 노광공정(lithography)에는 자외선(UV), 깊은 자외선(Deep UV), 극 자외선(Extreme UV) 및 전자빔(E-beam)이 이용될 수 있다As shown in FIG. 2F, a wet etching process of etching the
그리고, 제2 레지스트(resist) 패턴을 기초로 제2 레지스트(resist)층(250), 식각정지층(224), 재성장 물질이 형성된 제1 영역(3a) 및 제2 영역(3b)으로 둘러싸인 캡층의 일 영역(1)이 습식식각 될 수 있다. 둘러싸인 캡층의 일 영역(1)의 폭은 재성장 물질이 형성된 제1 영역(3a) 및 제2 영역(3b)의 간격에 의하여 결정될 수 있다. 제1 영역(3a) 및 제2 영역(3b)의 간격은 상술한 공정 과정을 통해 설계 사양과 동일하게 형성될 수 있다. The cap layer surrounded by the second resist
그리고, 제1 영역(3a) 및 제2 영역(3b)에 형성된 재성장물질 및 식각정치층(224)은 식각정지 장벽의 역할을 수행할 수 있다. 따라서 둘러싸인 캡층의 일 영역(1)은 충분히 오랜 시간에 걸쳐서 습식식각 되더라도, 과도한 식각으로 인한 문제가 발생하지 않고 설계에 합치하는 영역만큼 식각될 수 있다. 따라서, 둘러싸인 캡층의 일 영역(1)의 크기는 정밀하게 제어 될 수 있다.In addition, the regrowth material and the
식각된 둘러싸인 캡층의 일 영역(1)에 게이트 금속이 증착될 수 있다. 이때, 게이트는 상부가 하부보다 넓은 T형 모양의 게이트 일 수 있다. 예를 들어, 게이트 금속은 Ti/Pt/Au를 포함한 게이트 전용 금속일 수 있다. A gate metal may be deposited in one region 1 of the etched enclosed cap layer. In this case, the gate may be a T-shaped gate whose upper portion is wider than the lower portion. For example, the gate metal may be a gate only metal including Ti / Pt / Au.
도 2g를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따라 제조된 트랜지스터가 최종적으로 도시되어 있다. 게이트(280)를 형성하는 게이트 증착공정에서 도 2f의 제3 레지스트(resist)층(270) 및 제2 레지스트(resist)층(250) 상에 게이트 금속이 증착될 수 있다. 제2 및 제3 레지스트(resist)층(250, 270) 상에 증착된 게이트 금속, 제2 레지스트(resist)층(250), PMGI층(260) 및 제3 레지스트(resist)층(270)은 리프트-오프(lift-off) 공정을 이용하여 함께 제거될 수 있다. 일례로, 아세톤(aceton)을 제2 레지스트(resist)층(250)과 캡층(225) 사이에 침투시켜 제2 레지스트(resist)층(250), PMGI층(260), 제3 레지스트(resist)층(270) 및 제3 레지스트(resist)층(270) 상에 증착된 게이트 금속은 함께 제거될 수 있다. 그 결과 도 2g에 도시한 바와 같이 T형상의 게이트 전극(280)이 형성될 수 있다.2G, a transistor manufactured in accordance with one embodiment of the present disclosure is finally shown. In the gate deposition process of forming the
상기 도 2g에는 T형상의 게이트 전극을 도시하고 있는데, 이에 한정하지 않는다. 예를들어, 게이트의 형상은 Fin 타입일 수 있고, 상부가 하부보다 넓은 형상(Γ형), 상부와 하부의 게이트 폭이 동일한 일자형, 하부가 상부보다 넓은 빗살형상, 단면이 십(十)자 형상 등 게이트의 형상은 다양한 모양으로 형성 될 수 있다. 게이트의 형상에 따라 노광공정 및 식각공정의 일부순서가 변경 될 수 있고 공정의 일부가 추가 될 수 있다.2G illustrates a T-shaped gate electrode, but is not limited thereto. For example, the gate shape may be Fin type, the upper part is wider than the lower part (Γ type), the upper and lower gate widths are the same, the lower part is wider than the upper part, and the cross section is dozens of characters. The shape of the gate may be formed in various shapes. Depending on the shape of the gate, some orders of the exposure process and the etching process may be changed, and some of the processes may be added.
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 트랜지스터를 설명하는 도면이다. 재성장 물질이 형성된 제1 영역(3a)과 게이트(280) 간의 간격을 제1 간격(A)이라고 정의하고, 재성장 물질이 형성된 제2 영역(3b)와 게이트(280) 간의 간격을 제2 간격(B)이라고 정의한다. 본 개시의 트랜지스터 제조 방법은 도 2g에 도시된 바와 같이, 제1 간격(A)과 제2 간격(B)을 대칭으로 형성할 수 있다. 또한, 본 개시의 트랜지스터 제조 방법은 별도 공정 추가 없이 제1 간격(A)과 제2 간격(B)을 비대칭으로 형성할 수도 있다.3A and 3B illustrate a transistor according to another embodiment of the present disclosure. An interval between the
도 3a를 참조하면, 비대칭적 게이트 구조를 가지는 트랜지스터 제조공정도 도 2a 내지 도 2g에서 상술한 제조 공정과 동일공정으로 수행될 수 있다. 도2a 내지 도 2e까지 동일한 공정의 설명을 생략하고 비대칭적 게이트 구조를 생성하기 위한 공정의 차이를 중심으로 설명하면, 도 2e에서 이격되어 형성된 제1 영역(3a) 및 제2 영역(3b)과 남은 캡층(225)의 상부에 제2 레지스트(resist)층(250), PMGI층(260) 및 제3 레지스트(resist)층(270)이 코팅(또는 도포)될 수 있다. 그리고, 제2 레지스트(resist)층(250) 및 제3 레지스트(resist)층(270)에는 노광공정(lithography)이 수행되고, PMGI층(260)에는 습식식각 공정이 수행될 수 있다. 다만, 비대칭적 게이트 구조를 가지는 트랜지스터를 제조하기 위하여 제2 레지스트(resist)층(250) 및 제3 레지스트(resist)층(270) 상에 수행되는 노광공정(lithography)이 제1 영역(3a) 또는 제2 영역(3b) 중 하나의 영역에 근접하여 수행될 수 있다. 이후, 기존의 대칭적 구조를 가지는 트랜지스터 제조 방법과 동일한 식각 공정, 게이트 증착공정 및 리프트-오프(lift-off)공정이 수행되면 도 3a에서 도시한 바와 같이 비대칭적 게이트 구조를 가지는 트랜지스터가 제조될 수 있다.Referring to FIG. 3A, a transistor manufacturing process having an asymmetric gate structure may be performed in the same process as the manufacturing process described above with reference to FIGS. 2A to 2G. 2A to 2E, the description of the same process will be omitted and the difference between the processes for generating an asymmetric gate structure will be described. Referring to FIG. 2E, the first and
여기서, 게이트 전극(280)이 제1 영역(3a)에 근접하여 형성된 후, 제1 영역(3a)에 인접한 캡층(225)에 소스 전극(미도시)이, 제2 영역(3b)에 인접한 캡층(225)에 드레인 전극(미도시)이 형성 될 수 있다.Here, after the
도 3b를 참조하면, 도 3b는 소스 전극이 제1 영역(3a)과 인접한 영역에, 드레인 전극이 제2 영역(3b)과 인접한 영역에 형성된 경우를 도시한다. Referring to FIG. 3B, FIG. 3B illustrates a case in which a source electrode is formed in a region adjacent to the
여기서, 제1 영역(3a)과 게이트(280) 간의 제1 간격(A)이 제2 영역(3b)과 게이트(280)의 제2 간격(B)보다 작게 형성 될 수 있다. 게이트(280)와 제1 영역(3a) 간의 제1 간격(A)은 소스 저항으로 작용하게 되므로 제1 간격이 작은 경우, 트랜지스터의 전류밀도 및 트랜스컨덕턴스가 증가하게 되므로 트랜지스터의 성능이 향상된다. 또한, 게이트(280)와 제2 영역(3b) 간의 제2 간격(B)은 드레인 저항으로 작용하게 되므로, 적당히 크게 설정될 경우 트랜지스터의 출력 컨덕턴스가 감소하여 최대 발진 주파수가 증가하고, 드레인과 게이트 간의 파괴전압(Breakdown Voltage, BVDG)이 증가하게 되어 열화 특성이 개선될 수 있다.Here, the first gap A between the
본 개시의 다른 실시예에 따른 트랜지스터 제조방법은 제2 레지스트(resist)층(250)의 노광공정(lithography)이 제1 영역(3a) 또는 제2 영역(3b) 중 한 영역에 근접하여 수행되는 것 만으로 비대칭 게이트 구조를 가지는 트랜지스터가 형성 될 수 있다.According to another exemplary embodiment of the present disclosure, in the transistor manufacturing method, a lithography of the second resist
따라서, 비대칭적 게이트 구조의 트랜지스트를 제조하기 위한 공정이 추가로 요구되지 않고, 추가 공정에 따른 시간적, 경제적 손실이 발생하지 않을 수 있다.Therefore, no further process for manufacturing a transistor of an asymmetrical gate structure is required, and the time and economic losses of the additional process may not occur.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 트랜지스터 제조방법의 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a transistor manufacturing method according to an embodiment of the present disclosure.
도 4을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 트랜지스터 제조공정은 기판(210) 상에 버퍼층(221), 채널층(222), 배리어층(223), 식각정지층(224), 캡층(225)을 포함하는 에피택셜층(220) 및 유전체층(230)을 형성한다(S110). 그리고, 트랜지스터 제조공정은 유전체층(230) 상에 제1 레지스트(resist)층을 형성하고, 제1 레지스트(resist)층(240)에 제1 레지스트(resist) 패턴을 형성한다(S120).Referring to FIG. 4, a transistor manufacturing process according to an embodiment of the present disclosure may include a
예를 들어, 제1 레지스트(resist)(240)는 포토 레지스트(photo resist) 또는 전자빔 레지스트(E-beam resist) 일 수 있다. 여기서, 레지스트(resist) 패턴 형성을 위한 노광공정(lithography)은 자외선(UV), 깊은 자외선(Deep UV), 극 자외선(Extreme UV), 전자빔(E-beam)을 이용한 노광공정(lithography) 일 수 있다. 기판(210)은 고 전자이동도 트랜지스터(HEMT)를 제조하기 위하여 GaAs계 또는 InP계 물질일 수 있고, 반도체 물질의 단일 기판을 포함할 수 있다. For example, the first resist 240 may be a photo resist or an E-beam resist. Here, the lithography for forming a resist pattern may be an ultraviolet (UV), deep UV, extreme UV, or lithography using an electron beam. have. The
트랜지스터 제조공정은 형성된 제1 레지스트(resist) 패턴을 기초로 유전체층(230)이 식각되고, 제1 레지스트(resist) 패턴은 박리(resist strip)된다(S130). 여기서, 유전체층(230)의 식각은 건식식각 또는 물리 화학적 반응식각 일 수 있고, 일례로 SiO2 RIE(Reactive Ion Etching)일 수 있다.In the transistor fabrication process, the
그리고, 트랜지스터 제조공정은 하드 마스크 역할을 수행하는 식각된 유전체층(230)을 기초로 캡층(225)을 식각한다. 트랜지스터 제조공정은 캡층(225)이 식각되어 생성된 재성장 영역(3a, 3b)에 재성장 물질을 성장시킨다(S140). 일례로, 재성장 물질은 InP이 포함된 물질일 수 있고, 유기금속화학증착법(MOCVD)을 이용하여 선택적으로 성장 될 수 있다. 또한 재성장 영역(3a, 3b)이 이격되어 형성되므로 재성장 물질도 제1 영역(3a)과 제2 영역(3b)에 이격되어 형성될 수 있다.In the transistor fabrication process, the
그리고, 트랜지스터 제조공정은 재성장 물질이 존재하는 캡층(225) 상부에 제2 레지스트(resist)층(250), PMGI층(260) 및 제3 레지스트(resist)층(270)을 코팅(또는 도포)한다. 예를 들어, 제2 레지스트(resist)층(250) 및 제3 레지스트(resist)층(270)은 포토 레지스트(photo resist) 또는 전자빔 레지스트(E-beam resist) 일 수 있다. In the transistor fabrication process, the second resist
트랜지스터 제조공정은 노광공정(lithography)을 이용하여 제3 레지스트(resist)층(270)에 제3 레지스트(resist) 패턴을 형성한 후, PMGI층(260)에 습식식각 공정을 수행한다. 그리고, 트랜지스터 제조공정은 PMGI층(260)이 식각되어 노출된 제2 레지스트(resist)층(250)을 노광공정(E-beam lithography)을 이용하여 제2 레지스트(resist) 패턴을 형성한다(S150). 여기서, 레지스트(resist) 패턴 형성을 위한 노광공정(lithography)은 자외선(UV), 깊은 자외선(Deep UV), 극 자외선(Extreme UV), 전자빔(E-beam)을 이용한 노광공정(lithography) 일 수 있다.The transistor fabrication process forms a third resist pattern on the third resist
그리고, 트랜지스터 제조공정은 제2 레지스트(resist) 패턴을 기초로 제2 레지스트(resist)층(250), 식각정지층(224), 제1 영역(3a) 및 제2 영역(3b)으로 둘러싸인 캡층의 일 영역(1)을 습식식각 한다(S160). In the transistor fabrication process, a cap layer surrounded by the second resist
제1 영역(3a) 및 제2 영역(3b)에 존재하는 재성장물질은 식각정지 장벽의 역할을 수행할 수 있고, 둘러싸인 캡층의 일 영역(1)의 크기는 재성장물질이 존재하는 제1 영역(3a) 및 제2 영역(3b)에 의하여 결정된다. 따라서 충분히 오랜 시간에 걸쳐서 습식식각 되더라도, 과도한 식각으로 인한 문제가 발생하지 않고 설계에 합치하는 영역만큼 식각될 수 있다. 따라서, 둘러싸인 캡층의 일 영역(1)의 크기는 정밀하게 제어 될 수 있다. The regrowth material present in the
그리고, 식각된 둘러싸인 캡층의 일 영역(1)에 게이트 금속이 증착된다(S170). Then, the gate metal is deposited in one region 1 of the etched enclosed cap layer (S170).
본 개시의 일 실시 예에 따른 트랜지스터 제조 방법은 HEMT 소자, 미세 선폭 배선 구현 등에 적용될 수 있고, MESFET 등의 소자와 같이 미세하면서도 큰 단면적을 갖는 게이트가 요구되는 소자, 그리고 정밀한 리세스 식각 공정이 사용되는 소자의 제작에 이용할 수 있음은 물론이다.Transistor manufacturing method according to an embodiment of the present disclosure can be applied to the HEMT device, the implementation of fine line width wiring, etc., such as devices such as MESFETs, such as a device requiring a gate having a fine and large cross-sectional area, and a precise recess etching process is used Of course, it can be used for the production of the device.
210: 반도체기판 220: 에피택셜층
221: 버퍼층 222: 채널층
223: 배리어층 224: 식각정지층
225: 캡층
230: 유전체층 240: 제1 레지스트(resist)층
250: 제2 레지스트(resist)층 260: PMGI층
270: 제3 레지스트(resist)층 280: 게이트 전극210: semiconductor substrate 220: epitaxial layer
221: buffer layer 222: channel layer
223: barrier layer 224: etch stop layer
225: cap layer
230: dielectric layer 240: first resist layer
250: second resist layer 260: PMGI layer
270: third resist layer 280: gate electrode
Claims (8)
기판 상에 식각정지층, 캡층을 포함하는 에피택셜층 및 유전체층을 형성하는 단계;
상기 유전체층 상에 제1 레지스트(resist)층을 형성하고, 상기 제1 레지스트(resist)층에 제1 레지스트(resist) 패턴을 형성하는 단계;
상기 제1 레지스트(resist) 패턴에 기초하여 상기 유전체층을 식각하고, 상기 제1 레지스트(resist) 패턴을 박리(resist strip) 하는 단계;
상기 식각된 유전체층에 기초하여 상기 캡층을 식각함으로써 재성장 영역을 형성하고, 상기 형성된 재성장 영역에 재성장 물질을 성장시키는 단계;
상기 재성장 물질이 존재하는 상기 캡층 상에 제2 레지스트(resist)층을 형성하고, 제2 레지스트(resist) 패턴을 형성하는 단계;
상기 형성된 제2 레지스트(resist) 패턴에 기초하여 상기 캡층의 일 영역을 식각하는 단계; 및
상기 식각된 캡층의 일 영역에 게이트를 증착하는 단계;를 포함하는 트랜지스터 제조방법.In the method of manufacturing a transistor,
Forming an epitaxial layer and a dielectric layer including an etch stop layer and a cap layer on the substrate;
Forming a first resist layer on the dielectric layer, and forming a first resist pattern on the first resist layer;
Etching the dielectric layer based on the first resist pattern and stripping the first resist pattern;
Forming a regrowth region by etching the cap layer based on the etched dielectric layer, and growing a regrowth material in the formed regrowth region;
Forming a second resist layer on the cap layer in which the regrowth material is present, and forming a second resist pattern;
Etching one region of the cap layer based on the formed second resist pattern; And
And depositing a gate in one region of the etched cap layer.
상기 캡층의 일 영역을 식각하는 단계는,
식각정지 장벽의 역할을 수행하는 상기 재성장 물질 및 상기 식각정지층에 기초하여 상기 재성장 물질 및 상기 식각정지층으로 둘러싸인 영역을 식각하는, 트랜지스터 제조방법.The method of claim 1,
Etching one region of the cap layer may include:
And etching the region surrounded by the regrowth material and the etch stop layer based on the regrowth material and the etch stop layer serving as an etch stop barrier.
상기 재성장 영역을 형성하는 단계는,
제1 영역과 제2 영역이 이격되어 형성되고,
상기 재성장 물질을 형성하는 단계는,
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 상기 재성장 물질을 성장시키는, 트랜지스터 제조방법.The method of claim 1,
Forming the regrowth region,
The first region and the second region are formed spaced apart,
Forming the regrowth material,
Growing the regrowth material in the first region and the second region.
상기 게이트를 증착하는 단계는,
제1 간격과 제2 간격을 비대칭으로 형성하며,
상기 제1 간격은 상기 재성장 물질이 성장된 제1 영역과 상기 형성된 게이트 간의 간격이고, 상기 제2 간격은 상기 재성장 물질이 성장된 제2 영역과 상기 형성된 게이트 간의 간격인, 트랜지스터 제조방법.The method of claim 1,
Deposition of the gate,
Form an asymmetric first and second intervals,
Wherein the first interval is a gap between the first region where the regrowth material is grown and the gate formed, and the second interval is a gap between the second region where the regrowth material is grown and the gate formed.
상기 제1 영역과 인접한 영역에 소스 전극을 형성하는 단계; 및
상기 제2 영역과 인접한 영역에 드레인 전극을 형성하는 단계;를 더 포함하고,
상기 게이트를 증착하는 단계는,
상기 제1 간격이 상기 제2 간격보다 좁게 형성되는, 트랜지스터 제조방법.The method of claim 4, wherein
Forming a source electrode in an area adjacent to the first area; And
Forming a drain electrode in an area adjacent to the second area;
Deposition of the gate,
And wherein the first interval is narrower than the second interval.
상기 게이트는,
T 형상으로 형성되는, 트랜지스터 제조방법.The method of claim 1,
The gate is,
Transistor manufacturing method formed in T shape.
상기 재성장 물질 및 상기 식각정지층은,
P 성분을 포함하고,
상기 캡층은
As 성분을 포함하는, 트랜지스터 제조방법.The method of claim 1,
The regrowth material and the etch stop layer,
Contains P component,
The cap layer is
A transistor manufacturing method comprising the As component.
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